基于JMX与J-SIM的业务仿真平台研究

林碧霞， 尹治本

（西南交通大学 信息科学与技术学院， 成都 610031）

随着Internet的高速发展，网络规模不断扩大，存储系统成为Internet背后的功臣，也促成了存储行业的高速发展。存储业的发展，面临着如何有效地对存储阵列的性能情况进行评价与分析的问题。因为存储阵列在不同的业务场景下，可能体现出不同的性能，所以如何在不同的业务场景下对存储阵列进行性能测试，从而分析出存储阵列的性能，成为各厂家在测试过程中的重点与难点。

本文基于某公司的需求构建了一个新的网络仿真平台。通过JMX结合J-Sim，利用模拟各种业务场景，对存储阵列进行性能测试。平台开发目的是创建一个可能快速实现上层应用模拟的环境。

1 JMX技术概述

JMX[1]（Java managem ent Extension）是J2EE中的通用管理规范，它定义了一套标准的代理和服务，可为应用程序植入管理功能的轻型框架。JMX 可以跨越异构操作系统平台、系统体系结构和网络传输协议，从而对网络上多种资源（包括应用程序、设备、服务等）统一进行管理，提供一致的管理视图。因此逐渐成为管理复杂软件系统的优秀解决方案[2]。JBoss、IBM 的TivoliJMX和BEA 的Weblogic等商业软件已成功的应用了JMX，有效地提高了系统的动态配置和管理能力。

JMX 是一个用来管理网络、设备、应用程序等资源的管理体系结构。JMX 采用三级分而治之的体系和结构化方法来降低网络管理的复杂性，每层都是高度组件化的并由良好定义的接口进行划分。

（1）工具层：可管理端点（设备、软件服务等）， 可通过JMX指定的接口被访问。这是通过创建公开可配置属性、可访问操作和事件的Java 对象实现的。这些对象称为managed Bean（简称MBean）。在规范中将可通过这些对象管理的端点称为JMX 可管理的资源。

（2）代理层：JMX 代理是软件组件， 它向远程管理组件公开一组标准化代理服务， 并通过JMX 可管理资源的MBean 接口直接控制这些资源。实际上， 在JMX 代理内可通过能够动态地装入和卸装MBean的MBean 服务器来管理MBean。

（3）分布式服务层：本层定义JMX 管理平台对代理层进行操作的接口和组件。应用程序可以访问代理或代理组来管理由代理公开的JMX 可管理资源。

为了让业务仿真平台可以动态管理，本文提出一种基于JMX 的性能业务仿真平台设计方案，具有动态的配置管理能力、动态的调度策略选择机制和可动态配置的可视化管理视图。

2 业务仿真平台的设计

2.1 功能模块

性能仿真平台主要用于对存储设备进行性能的测试，这些网络设备分布在Internet和Intranet网络的环境中，一般通过HTTP、TCP/IP协议通信，所以将仿真平台分为服务端与测试机端（1对多的关系）。

2.2 系统结构

系统分为服务端和测试机端。图1为仿真图。

2.2.1 服务端

在功能上负责用户与测试机的图形界面接口，包括每台测试机的用例配置、待测试存储的指定、性能测试的项目、性能分析数据、报表的查询与显示，并对各测试机的相关系统故障和告警的查询与显示。与一般JMX的应用不同，将JMX的MBean Server与HTTP浏览服务器放在这一层，通过多台测试机同时对存储进行IO的下发，增加对存储的压力。在服务端采用被动接收来自各测试机的数据信息，对每台测试机发来的信息进行存储，显示瞬时的各台测试机的统计性能数据，并打印出相关性能数据曲线，同时对应CPU占用过大、系统崩溃等进行告警。

2.2.2 测试机端

仿真平台的测试机端是核心系统。每台测试机需要在Server中注册，通过适配器invoke方法实现对MBean进行调用，将性能数据根据服务端设置的时间段发给服务端。测试机端注册了信息发送模块、告警管理、日志管理。根据需要定义了2种适配器：（1）本地调用的适配器；（2）基于HTTP的远程调用的适配器。每台测试机根据分配的用例运行一个核心系统，对存储阵列进行IO的下发操作，并在纳秒级别对信息进行统计汇总，发送给服务端。

3 测试机端的核心系统

每个测试机端都运行着一个核心子系统，这个子系统使用J-SIM设计开发。

3.1 J-Sim平台概述

J-Sim[3]（以前也被称作JavaSim）是用纯Java语言开发的一种开源的、基于组件合成的网络模拟环境，该环境建立在组件自治体系结构（Autonomous Component A rchitecture，ACA）和可扩张Internet 网络框架（Extensible Interne-tworking Framework，INET）之上。在不同的网络场景之下采用“即插即用”的组件叠加方式就可以构建出所需要的仿真环境和网络协议栈，如无线传感器网络。

J-Sim是一个层次化、可扩展的网络仿真平台。在J-Sim平台下，组件是一个基本的单位。从网络环境的角度看，主机、路由器、TCP / IP协议等网络实体都是组件。而整个平台是以自治组件框架（ACA）为基础的，所谓的自治组件架构是指它的架构思想仿效数字电路中IC芯片的设计和制造，一个组件与另一个组件相互独立。软件系统由组件有机地组合起来类似于一块印刷电路板上焊接芯片，甚至在系统运行时还可以添加组件。J- Sim对网络环境的模拟是通过在ACA的基础上建立可扩展网络模拟（INET）来实现的。这个模型采用了基于包的通讯机制。此外，它定义了节点（主机或路由器）的结构和基本网络组件。根据需要，新定义的网络组件都是它们的子类，这些网络组件以TCP / IP模型为依据，进行层次化地编写。对于编写之后的组件代码，需要时可以直接调用，也可以在它的基础上扩展新的网络组件。

J-Sim仿真通过执行线程表来实现。仿真运行开始，先构建各节点，随后目标节点开始生成监测数据，目标节点将监测数据选择发送给最佳的传感器节点，传感器节点获得数据后在汇聚节点分配的时隙内将数据上传。

3.2 核心子系统设计思想及其实现

本仿真平台的核心子系统包括业务场景的抽象，子系统模拟业务开发。目前存储所涉及的业务场景有文件系统业务、流媒体业务（包括VOD、视频监控等）、数据库业务（支持O racle、SQL、My-SQL等）等业务场景。比如移动公司所涉及到的业务场景。

本平台业务模拟是在对实际测试的具体业务进行抽象后，在本仿真平台上通过在服务端更改业务配置文件（对应于测试用例）来实现。

子系统模拟业务开发模块包括虚拟用户组（Virtual User G roup）、虚拟机（Virtual Machine）、虚拟资源池（Virtual Resource Poo l）、 监视器（Monitor）等。

（1）虚拟用户组：用户组是用户群体行为的发起源，负责调试用户群体行为、收集用户的反馈信息，并传递给监控器。用户组是由多个用户组成，并根据具体用户是否在进行业务操作分为Active user 和 Idle user。通过对存储阵列所涉及较多的文件系统业务、流媒体业务、数据库业务进行模拟。根据实际对存储进行的IO操作，将用户抽象出来，并将用户分为用户群体与单个用户。通过用户数目与用户行为来模拟真实业务。用户组有一个端口，用于把用户反馈传递给监视器。

（2）虚拟机：虚拟机是用于模拟用户请求的紧急度进行排序和发送相关的请求。它负责任务的调试和用户与资源之间的通信，VM（虚拟机）包括线程池及任务调度。用户与资源之间的任何通信都是以任务的方式提交给VM调试。VM主要用于模拟存储系统的上层业务的离散事件模型。

（3）虚拟资源池：对用户请求的各种资源进行存储阵列的访问，并根据对存储阵列的资源请求进行相关性能数据的统计与分析。根据实际业务分为：文件系统资源池、多媒体资源池、数据库资源池。资源池端有一个资源代理（Resou rce Agent），用于接受用户端（User）发来的创建的资源的类型和数量，并转发用户的具体请求。

（4）监视器：根据多线程调度，对资源池进行的纳秒级别的数据进行汇总，并对数据进行分类汇总、显示。

（5）资源代理（Resource Agent）：主要功能是根据用户请求生成不同的资源池，分发user请求到不同的资源池里，并控制 user的并发数。

（6）资源池（Resource pool）：由一系列同类的资源组成，资源池是一个Parent Component，它有两个控制端口（a.把用户请求转发给资源；b. 控制用户对某个资源的最大连接数）。当用户要操作资源时，必须先与Pool Component取得联系，然后Pool Component在资源池里随机选取一个资源给用户，增加一个端口，端口数至少为1，这个默认端口是接受pool Component发来的有用户要进行操作的信息，向资源池专门收集统计信息的端口（statistic port）发送信息。

Resource Port是在用户和资源池通信的过程中动态生成的一组端口，用来与资源进行通信。

Fork Port用来接收Link发送给自己的fork事件，从而产生不同的用户。

4 结束语

本文利用JMX的动态配置管理能力、动态调度策略选择机制开发了服务端与测试机端，测试机端利用J-Sim模拟业务框架进行开发，从而让本业务仿真系统具有动态配置、更高的可维护性和扩展性。本业务仿真平台已实现，在某公司的性能测试工作中投入使用，节约了人力、物力和财力，并且达到了较高的置信度。

[1]廖 渊，王保进，李明树，等. 智能应用服务协议iASP 的设计和实现[J]. 计算机工程与设计，2003，24（12）：13-17.

[2] 廖 渊，李明树，王 青. 基于Linux 的网络计算机服务器的设计与实现[J]. 计算机工程与应用， 2003，39（14）：12-16.

[3]ACA:The autonomous component architecture[EB/OL].http://www.j-sim.org/whitepapers/aca.html，2003.